JP3327023B2 - 試料分析装置および方法 - Google Patents
試料分析装置および方法Info
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- JP3327023B2 JP3327023B2 JP691595A JP691595A JP3327023B2 JP 3327023 B2 JP3327023 B2 JP 3327023B2 JP 691595 A JP691595 A JP 691595A JP 691595 A JP691595 A JP 691595A JP 3327023 B2 JP3327023 B2 JP 3327023B2
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- Japan
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- sample
- hole
- optical system
- laser
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
- G01N21/718—Laser microanalysis, i.e. with formation of sample plasma
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は試料上の特定個所の物質
を分析する試料分析装置および方法に関する。特に半導
体、液晶ディスプレイ、メモリディスク、回路基板等の
微小領域について、高感度、高分解能な組成・成分分析
が可能な試料分析装置および方法に関する。
を分析する試料分析装置および方法に関する。特に半導
体、液晶ディスプレイ、メモリディスク、回路基板等の
微小領域について、高感度、高分解能な組成・成分分析
が可能な試料分析装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体産業を例として以下に説明する。
半導体の生産においては、歩留まり向上、すなわち製造
不良の撲滅が最大の課題である。この製造不良を排除す
るには最大の不良要因であるウエハ付着異物を低減する
ことが重要である。このウエハ付着異物の低減は一般に
検査・観察・分析の手順で行われる。例えば異物検査は
２つの内容に大別され、１つはプロセス装置における発
塵およびウエハ処理環境の水準をチェックするものであ
り、もう１つは製造中のウエハへの付着異物を調べるも
のである。
半導体の生産においては、歩留まり向上、すなわち製造
不良の撲滅が最大の課題である。この製造不良を排除す
るには最大の不良要因であるウエハ付着異物を低減する
ことが重要である。このウエハ付着異物の低減は一般に
検査・観察・分析の手順で行われる。例えば異物検査は
２つの内容に大別され、１つはプロセス装置における発
塵およびウエハ処理環境の水準をチェックするものであ
り、もう１つは製造中のウエハへの付着異物を調べるも
のである。
【０００３】いずれの検査も、一般的に用いられる方法
としては、プロ−ブとしてのレ−ザ光をウエハ面上に照
射し、ウエハ面上に付着した異物から散乱される光を検
出するものであり、ウエハ面上を全面走査することによ
って場所ごとの異物の有無、異物の大きさ及び位置座標
等が検出される。
としては、プロ−ブとしてのレ−ザ光をウエハ面上に照
射し、ウエハ面上に付着した異物から散乱される光を検
出するものであり、ウエハ面上を全面走査することによ
って場所ごとの異物の有無、異物の大きさ及び位置座標
等が検出される。
【０００４】上記方法で検査されたウエハは走査型顕微
鏡やレ−ザ顕微鏡等の高解像観察装置に移され、検出さ
れた異物の高倍率での外観や形状が観察が行われる。外
観や形状観察結果からだけでは異物の同定ができず、そ
のため異物の発生源を決定できない。このためウエハを
分析装置に持込み異物の組成や成分分析を行う必要があ
る。
鏡やレ−ザ顕微鏡等の高解像観察装置に移され、検出さ
れた異物の高倍率での外観や形状が観察が行われる。外
観や形状観察結果からだけでは異物の同定ができず、そ
のため異物の発生源を決定できない。このためウエハを
分析装置に持込み異物の組成や成分分析を行う必要があ
る。
【０００５】この成分分析には種々の方法があり、中で
も微小領域の分析が可能ということで最も広く用いられ
ているのは電子ビ−ム励起による特性Ｘ線分析であり、
光ビ−ム励起による蛍光分析である。電子ビ−ム励起に
よる特性Ｘ線分析は無機異物の分析を主に用いられてお
り、光ビ−ム励起による蛍光分析は有機異物を主に用い
られている。
も微小領域の分析が可能ということで最も広く用いられ
ているのは電子ビ−ム励起による特性Ｘ線分析であり、
光ビ−ム励起による蛍光分析である。電子ビ−ム励起に
よる特性Ｘ線分析は無機異物の分析を主に用いられてお
り、光ビ−ム励起による蛍光分析は有機異物を主に用い
られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の分析技術は
半導体集積回路の高集積化に伴う検出分解能の微細化、
及び生産の高効率化に伴う検査の高速化に対応できるも
のではない。即ちパタ−ンが微細化するに伴い、検出、
分析すべき異物の寸法も０．５μｍ以下となっており、
このような微細領域に電子ビ−ムや紫外線光を収束でき
たとしてもＸ線や蛍光を用いて充分な感度で検出するこ
とが困難な状況である。
半導体集積回路の高集積化に伴う検出分解能の微細化、
及び生産の高効率化に伴う検査の高速化に対応できるも
のではない。即ちパタ−ンが微細化するに伴い、検出、
分析すべき異物の寸法も０．５μｍ以下となっており、
このような微細領域に電子ビ−ムや紫外線光を収束でき
たとしてもＸ線や蛍光を用いて充分な感度で検出するこ
とが困難な状況である。
【０００７】さらに、前記したように電子ビ−ム励起に
よる特性Ｘ線分析では有機物の分析は困難であり、また
光ビ−ム励起による蛍光分析では無機物の分析は困難で
あるとともに、紫外線の照射により気化とイオン化を同
じに行おうとすると光ビ−ム照射に起因する変質のため
正しい分析がでいないという問題が生じる。
よる特性Ｘ線分析では有機物の分析は困難であり、また
光ビ−ム励起による蛍光分析では無機物の分析は困難で
あるとともに、紫外線の照射により気化とイオン化を同
じに行おうとすると光ビ−ム照射に起因する変質のため
正しい分析がでいないという問題が生じる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために以下の手段を採用している。
決するために以下の手段を採用している。
【０００９】試料表面にレ−ザ光を照射する光学系によ
り試料表面上の所望の個所に照射し、この個所で気化し
た原子、分子あるいはイオンを検出する試料分析系に導
き試料分析する試料分析装置において、この光学系を透
過型レンズとし、この透過型レンズの少なくとも試料に
面する先端レンズ要素に、レンズ光軸をほぼ中心とする
穴を開け、この穴を通して気化した原子、分子あるいは
イオンを通過させ、上記の試料分析系に導き試料分析す
る。この時上記光学系の光軸を試料面に対し、ほぼ垂直
に配置する。さらに上記の穴には少なくとも１つの電極
を実装する。
り試料表面上の所望の個所に照射し、この個所で気化し
た原子、分子あるいはイオンを検出する試料分析系に導
き試料分析する試料分析装置において、この光学系を透
過型レンズとし、この透過型レンズの少なくとも試料に
面する先端レンズ要素に、レンズ光軸をほぼ中心とする
穴を開け、この穴を通して気化した原子、分子あるいは
イオンを通過させ、上記の試料分析系に導き試料分析す
る。この時上記光学系の光軸を試料面に対し、ほぼ垂直
に配置する。さらに上記の穴には少なくとも１つの電極
を実装する。
【００１０】さらに、この穴は試料に面する先端レンズ
要素からレンズの瞳の位置まで開けておき、原子、分子
あるいはイオンを瞳まで導く。また上記先端レンズと試
料の間に光軸をほぼ中心とする穴の開いたカバ−ガラス
を配置し、この穴の近傍に電極を配置し、このカバ−ガ
ラスを着脱可能にする。上記の手段で試料を気化するた
めの上記の光学系の開口数ＮＡ、レ−ザ波長λ1に対
し、レ−ザ光の試料上のスポット径Ｄを１以下のｋに対
してｋλ1／ＮＡとし、微細なスポットを試料上に照射
する。
要素からレンズの瞳の位置まで開けておき、原子、分子
あるいはイオンを瞳まで導く。また上記先端レンズと試
料の間に光軸をほぼ中心とする穴の開いたカバ−ガラス
を配置し、この穴の近傍に電極を配置し、このカバ−ガ
ラスを着脱可能にする。上記の手段で試料を気化するた
めの上記の光学系の開口数ＮＡ、レ−ザ波長λ1に対
し、レ−ザ光の試料上のスポット径Ｄを１以下のｋに対
してｋλ1／ＮＡとし、微細なスポットを試料上に照射
する。
【００１１】本発明は上記のレ−ザスポット照射による
所望の個所の気化と、気化した物体の分析を行うに際
し、更に使い勝手を良くするために、以下の手段を講じ
る。
所望の個所の気化と、気化した物体の分析を行うに際
し、更に使い勝手を良くするために、以下の手段を講じ
る。
【００１２】試料表面のレ−ザスポット位置をほぼその
中心としスポット径より大きな範囲で試料を照明する。
この照明され反射した光を上記光学系を通して拡大結像
し、観察可能にする。またこの際照明手段で照射された
試料表面と上記のレ−ザスポットを同時に観察可能にす
る。この時気化する時と同じレ−ザ強度ではレ−ザスポ
ット位置を確認する前に気化してしまうため観察すると
きのレ−ザ光と試料を気化するときのレ−ザ光の強度を
可変にして、それぞれに適したレ−ザ強度でレ−ザ光を
照射する。このレ−ザ強度の調整はレ−ザ光源から出射
したレ−ザビ−ムを一旦ビ−ム拡大光学系で断面の大き
なビ−ムにし、このビ−ム光路内に光減衰手段を設ける
ことにより、出射ビ−ム強度が大きすぎるため減衰手段
が破損することを回避している。
中心としスポット径より大きな範囲で試料を照明する。
この照明され反射した光を上記光学系を通して拡大結像
し、観察可能にする。またこの際照明手段で照射された
試料表面と上記のレ−ザスポットを同時に観察可能にす
る。この時気化する時と同じレ−ザ強度ではレ−ザスポ
ット位置を確認する前に気化してしまうため観察すると
きのレ−ザ光と試料を気化するときのレ−ザ光の強度を
可変にして、それぞれに適したレ−ザ強度でレ−ザ光を
照射する。このレ−ザ強度の調整はレ−ザ光源から出射
したレ−ザビ−ムを一旦ビ−ム拡大光学系で断面の大き
なビ−ムにし、このビ−ム光路内に光減衰手段を設ける
ことにより、出射ビ−ム強度が大きすぎるため減衰手段
が破損することを回避している。
【００１３】またレ−ザビ−ム照射し気化させる際上記
観察に用いる拡大観察光学系に強度の高いレ−ザ光が入
射し、観察光学系を破損する可能性があるため、拡大観
察系にはレ−ザ光の波長λ1とその近傍の波長のみを１
桁以上減衰させる波長選択減衰器を備え、この減衰器を
拡大観察系に出し入れできるようにレ−ザ波長光調整手
段を設ける。上記のレ−ザ光量調整手段およびレ−ザ波
長光調整手段を同期させ制御する手段を設ける。
観察に用いる拡大観察光学系に強度の高いレ−ザ光が入
射し、観察光学系を破損する可能性があるため、拡大観
察系にはレ−ザ光の波長λ1とその近傍の波長のみを１
桁以上減衰させる波長選択減衰器を備え、この減衰器を
拡大観察系に出し入れできるようにレ−ザ波長光調整手
段を設ける。上記のレ−ザ光量調整手段およびレ−ザ波
長光調整手段を同期させ制御する手段を設ける。
【００１４】試料表面の所望の個所を気化させる上記レ
−ザ光の波長を４００ｎｍ以上にしておけば、気化の際
に気化物質を変質させることなく加熱により気化させる
ことが可能である。このように気化した物質を分析する
にはできる限り気化物質がイオン化していることが望ま
しい。しかし対象物によってはイオン化が不十分なこと
もありえる。そこで上記レ−ザ光で気化した原子あるい
は分子をイオン化する手段を備えておく。しかもこのイ
オン化手段は試料とレンズの間にある気化した原子ある
いは分子をイオン化するようにする。このイオン化の手
段として上記レ−ザ光の波長λ1より短い波長λ2のイオ
ン化照明光を用いる。またこの光は上記光学系の外部か
ら照明するようにする。特にこの外部からの照明を回転
対称２次曲面ミラ−からなるようにする。上記の気化の
ためのレ−ザ光の照射とこのイオン化を若干の遅れ時間
を持たせて同期的に制御する。
−ザ光の波長を４００ｎｍ以上にしておけば、気化の際
に気化物質を変質させることなく加熱により気化させる
ことが可能である。このように気化した物質を分析する
にはできる限り気化物質がイオン化していることが望ま
しい。しかし対象物によってはイオン化が不十分なこと
もありえる。そこで上記レ−ザ光で気化した原子あるい
は分子をイオン化する手段を備えておく。しかもこのイ
オン化手段は試料とレンズの間にある気化した原子ある
いは分子をイオン化するようにする。このイオン化の手
段として上記レ−ザ光の波長λ1より短い波長λ2のイオ
ン化照明光を用いる。またこの光は上記光学系の外部か
ら照明するようにする。特にこの外部からの照明を回転
対称２次曲面ミラ−からなるようにする。上記の気化の
ためのレ−ザ光の照射とこのイオン化を若干の遅れ時間
を持たせて同期的に制御する。
【００１５】上記の気化し、イオン化し、分析する系に
アライメント系を併設し、試料を搭載するステ−ジ、あ
るは第２のステ−ジを少なくとも２軸方向に移動可能と
し、かつこの移動量を計測可能とする。試料上の分析対
象はあらかじめ異物検査装置やパタ−ン検査装置でその
位置が求まっているので、このデ−タを用いて上記いず
れかのステ−ジを移動し、アライメント光学系の光軸上
に分析対象個所または予めウエハ上の定められた場所に
作られているマ−クを設定する。この設定が終了した
後、この設定位置から一定量移動し、試料分析装置の光
軸上に分析対象個所が来るようにする。このようにする
ことにより分析したい個所を正確に早く分析位置に持っ
て来ることが可能になる。更にこのようにして的確迅速
に分析された結果を分析個所と対応づけて記憶し、必要
に応じて出力したり、表示したりする。
アライメント系を併設し、試料を搭載するステ−ジ、あ
るは第２のステ−ジを少なくとも２軸方向に移動可能と
し、かつこの移動量を計測可能とする。試料上の分析対
象はあらかじめ異物検査装置やパタ−ン検査装置でその
位置が求まっているので、このデ−タを用いて上記いず
れかのステ−ジを移動し、アライメント光学系の光軸上
に分析対象個所または予めウエハ上の定められた場所に
作られているマ−クを設定する。この設定が終了した
後、この設定位置から一定量移動し、試料分析装置の光
軸上に分析対象個所が来るようにする。このようにする
ことにより分析したい個所を正確に早く分析位置に持っ
て来ることが可能になる。更にこのようにして的確迅速
に分析された結果を分析個所と対応づけて記憶し、必要
に応じて出力したり、表示したりする。
【００１６】
【作用】レ−ザ光を透過型光学系により試料表面に絞り
込み照射することにより試料表面上に光学系の開口数Ｎ
Ａと波長λ1で決まる回折限界ｋλ1／ＮＡ（ｋ≦１）ま
で微小に絞りこむことが可能となる。この結果試料表面
上の所望の微小な個所を選択的に気化することが容易に
できる。透過型ンズを用いることにより大きな開口数
で、しかも光学系の収差を小さく保って、よりスポット
サイズの小さな照射を可能にし微細な領域を選択的に気
化できる。しかもレンズ先端に穴を開けこの穴を通して
気化した原子、分子あるいはイオンを分析系に導くこと
により、透過型光学系を試料面にほぼ垂直に配置するこ
とが可能になり、大きな開口数の透過型光学系を用いる
ことを可能にし更に微小な領域を選択的に気化すること
が可能になる。
込み照射することにより試料表面上に光学系の開口数Ｎ
Ａと波長λ1で決まる回折限界ｋλ1／ＮＡ（ｋ≦１）ま
で微小に絞りこむことが可能となる。この結果試料表面
上の所望の微小な個所を選択的に気化することが容易に
できる。透過型ンズを用いることにより大きな開口数
で、しかも光学系の収差を小さく保って、よりスポット
サイズの小さな照射を可能にし微細な領域を選択的に気
化できる。しかもレンズ先端に穴を開けこの穴を通して
気化した原子、分子あるいはイオンを分析系に導くこと
により、透過型光学系を試料面にほぼ垂直に配置するこ
とが可能になり、大きな開口数の透過型光学系を用いる
ことを可能にし更に微小な領域を選択的に気化すること
が可能になる。
【００１７】気化した物質を分析系に導くために透過型
光学系の光軸を中心として穴を開け、イオン化した物質
を電気的にこの穴に導くことにより高い集率でイオン化
物を分析系に導くことが可能になる。レンズ系に開けら
れる穴は少なくとも試料に面したレンズ端面で開いてい
ることが必要であり、レンズの瞳の位置まで開けてお
き、この近辺でイオン化した物質の飛行路と光学系の光
軸を分離すると分離が良好に行える。気化した物質はイ
オン化することによりかなりの集率でレンズの穴を通過
していくが、残ったもの、あるいはイオン化しないもの
はレンズの端面に付着し、レンズの光学的性能を劣化さ
せることになる。
光学系の光軸を中心として穴を開け、イオン化した物質
を電気的にこの穴に導くことにより高い集率でイオン化
物を分析系に導くことが可能になる。レンズ系に開けら
れる穴は少なくとも試料に面したレンズ端面で開いてい
ることが必要であり、レンズの瞳の位置まで開けてお
き、この近辺でイオン化した物質の飛行路と光学系の光
軸を分離すると分離が良好に行える。気化した物質はイ
オン化することによりかなりの集率でレンズの穴を通過
していくが、残ったもの、あるいはイオン化しないもの
はレンズの端面に付着し、レンズの光学的性能を劣化さ
せることになる。
【００１８】そこで先端レンズと試料の間に光軸をほぼ
中心とする穴の開いたカバ−ガラスを配置することによ
り、レンズ本体の劣化を防ぐ。このカバ−ガラスは容易
に着脱可能にしておくことにより、光学的な劣化の問題
はなくなる。また先端レンズの穴に電極を設け、気化イ
オンを集率良く分析系に導く際に、このカバ−ガラスの
穴に電極を設け一定電位にすることにより更に効率良く
イオンを集めることが可能になる。
中心とする穴の開いたカバ−ガラスを配置することによ
り、レンズ本体の劣化を防ぐ。このカバ−ガラスは容易
に着脱可能にしておくことにより、光学的な劣化の問題
はなくなる。また先端レンズの穴に電極を設け、気化イ
オンを集率良く分析系に導く際に、このカバ−ガラスの
穴に電極を設け一定電位にすることにより更に効率良く
イオンを集めることが可能になる。
【００１９】気化するためのレ−ザスポット照射とは別
にスポット照射位置の周辺を照明することにより、気化
する部分を正確に位置決めすることが可能になる。また
この際実際に気化するときのレ−ザ光の強度でスポット
照射位置を確認しようとすると確認のためのレ−ザポッ
ト光が気化を起こしてしまう。そこでレ−ザ光の強度を
可変にする手段を設け、観察時は弱いレ−ザ光を、気化
時には強いレ−ザ光を照射するようにすることにより、
観察と気化を最適な条件でレ−ザ照射することが可能に
なる。
にスポット照射位置の周辺を照明することにより、気化
する部分を正確に位置決めすることが可能になる。また
この際実際に気化するときのレ−ザ光の強度でスポット
照射位置を確認しようとすると確認のためのレ−ザポッ
ト光が気化を起こしてしまう。そこでレ−ザ光の強度を
可変にする手段を設け、観察時は弱いレ−ザ光を、気化
時には強いレ−ザ光を照射するようにすることにより、
観察と気化を最適な条件でレ−ザ照射することが可能に
なる。
【００２０】レ−ザスポット照射位置周辺を照明する観
察用照明光により照らされている部分およびレ−ザスポ
ット光の位置を同時に観察する光学系には気化時の強い
レ−ザ照射光が入射し、反射した光が例えば観察手段と
して用いている固体撮像素子等の撮像面に許容度を超え
て強い強度で入射することになる。このような状況に対
し、上記のレ−ザ波長光調整手段により強い反射光を除
去できれば安全にかつ安定に試料の分析を行うことが可
能になる。
察用照明光により照らされている部分およびレ−ザスポ
ット光の位置を同時に観察する光学系には気化時の強い
レ−ザ照射光が入射し、反射した光が例えば観察手段と
して用いている固体撮像素子等の撮像面に許容度を超え
て強い強度で入射することになる。このような状況に対
し、上記のレ−ザ波長光調整手段により強い反射光を除
去できれば安全にかつ安定に試料の分析を行うことが可
能になる。
【００２１】気化させるレ−ザ光の波長は物質特に有機
物の変質を起こさず気化する前の分子構造を維持してい
ることが必要であり、４００ｎｍ以上の波長の光により
照射することで、特に高分子の架橋等を切ることなく、
正しい分析が可能になる。しかしこのような比較的長い
波長の光での気化では充分なイオン化ができない場合が
ありえる。このような時に更に波長の短い光等の電磁波
あるいは荷電粒子を用いて気化した非イオン化物質をイ
オン化することにより、より高い感度で分析を行うこと
が可能になる。とりわけ適切な波長の紫外線を用いると
非イオン化物質をイオン化する上で有利である。
物の変質を起こさず気化する前の分子構造を維持してい
ることが必要であり、４００ｎｍ以上の波長の光により
照射することで、特に高分子の架橋等を切ることなく、
正しい分析が可能になる。しかしこのような比較的長い
波長の光での気化では充分なイオン化ができない場合が
ありえる。このような時に更に波長の短い光等の電磁波
あるいは荷電粒子を用いて気化した非イオン化物質をイ
オン化することにより、より高い感度で分析を行うこと
が可能になる。とりわけ適切な波長の紫外線を用いると
非イオン化物質をイオン化する上で有利である。
【００２２】このイオン化を試料とレンズ先端面の間で
行い、気化後即座にまだ気化物が広がらないうちにイオ
ン化することにより効率良くイオン化を行う。気化直後
の試料表面の真上にある非イオン化物質にレ−ザ光の波
長λ1より短い波長λ2のイオン化照明光を上記光学系の
外部から回転対称２次曲面ミラ−等を用いて照明するこ
とにより、高効率のイオン化が可能になる。
行い、気化後即座にまだ気化物が広がらないうちにイオ
ン化することにより効率良くイオン化を行う。気化直後
の試料表面の真上にある非イオン化物質にレ−ザ光の波
長λ1より短い波長λ2のイオン化照明光を上記光学系の
外部から回転対称２次曲面ミラ−等を用いて照明するこ
とにより、高効率のイオン化が可能になる。
【００２３】上述のアライメント系を気化し、分析する
光学系に併設して設けることにより異物検査等により事
前に分かっている分析対象の位置デ−タを基に分析した
い対象を正確に迅速に分析することが可能になる。また
必要なデ−タを事後の作業に便利なように位置情報に応
じた分析結果を記憶し、必要に応じて出力し、表示する
ことができる。
光学系に併設して設けることにより異物検査等により事
前に分かっている分析対象の位置デ−タを基に分析した
い対象を正確に迅速に分析することが可能になる。また
必要なデ−タを事後の作業に便利なように位置情報に応
じた分析結果を記憶し、必要に応じて出力し、表示する
ことができる。
【００２４】
【実施例】図１は本発明の試料分析装置の実施例であ
る。真空チャンバ１０内には試料１を保持し、ｘｙｚ軸
方向に所望の位置合わせ精度で移動可能なステ−ジ７が
ある。この真空チャンバにはゲ−トバルブ１２を介して
予備真空室１１が接続している。分析する試料はまずこ
の予備真空室に入れられ、図示されていない位置出し機
構により、この中で試料の外形を基準に位置出しされ、
図示されていない搬送機構により開かれたゲ−トバルブ
を通り、真空チャンバ内のステ−ジに搭載される。
る。真空チャンバ１０内には試料１を保持し、ｘｙｚ軸
方向に所望の位置合わせ精度で移動可能なステ−ジ７が
ある。この真空チャンバにはゲ−トバルブ１２を介して
予備真空室１１が接続している。分析する試料はまずこ
の予備真空室に入れられ、図示されていない位置出し機
構により、この中で試料の外形を基準に位置出しされ、
図示されていない搬送機構により開かれたゲ−トバルブ
を通り、真空チャンバ内のステ−ジに搭載される。
【００２５】搭載された試料は先ずアライメント検出光
学系９により制御装置１００に入力された異物等の分析
対象の位置座標または予めウエハ上の決められた場所に
作られているマ−クを基にステ−ジ７を駆動し、アライ
メント検出光学系９の視野内に分析対象個所または上記
マ−クを持って来る。アライメント検出光学系９には対
物レンズ９２及び撮像手段９１があり、視野内の像はデ
ィスプレイ装置１０１に表示される。またこの表示装置
には視野中心を示す十字のカ−ソルが同時に表示されて
いるにのでステ−ジ７を駆動し、このカ−ソル中心に分
析対象またはマ−クの中心を合わせる。
学系９により制御装置１００に入力された異物等の分析
対象の位置座標または予めウエハ上の決められた場所に
作られているマ−クを基にステ−ジ７を駆動し、アライ
メント検出光学系９の視野内に分析対象個所または上記
マ−クを持って来る。アライメント検出光学系９には対
物レンズ９２及び撮像手段９１があり、視野内の像はデ
ィスプレイ装置１０１に表示される。またこの表示装置
には視野中心を示す十字のカ−ソルが同時に表示されて
いるにのでステ−ジ７を駆動し、このカ−ソル中心に分
析対象またはマ−クの中心を合わせる。
【００２６】このアライメント検出光学系と後に詳細を
説明する分析のための光学系２のそれぞれの光軸の間隔
は一定の決められた値であるから、上記の中心合わせを
行った後この一定の値またはこの一定値にマ−クの位置
を加味した値でステ−ジを移動すれば分析系の光学系の
光軸上に分析対象を位置付けすることが可能である。こ
の段階では分析個所とレ−ザスポット位置はほぼ一致し
ているが、完全に一致しているとは限らない。
説明する分析のための光学系２のそれぞれの光軸の間隔
は一定の決められた値であるから、上記の中心合わせを
行った後この一定の値またはこの一定値にマ−クの位置
を加味した値でステ−ジを移動すれば分析系の光学系の
光軸上に分析対象を位置付けすることが可能である。こ
の段階では分析個所とレ−ザスポット位置はほぼ一致し
ているが、完全に一致しているとは限らない。
【００２７】そこでＹＡＧレ−ザの第２高調波を用いる
５３２ｎｍのレ−ザ光の光源３の出射ビ−ムを後述する
方法により分析光学系２等を通して試料上にスポット照
射する位置と、この位置を中心にやはり分析光学系２を
通して試料面を広い範囲で照明する照明光により試料を
照明し、分析対象とスポット光の位置が一致しているこ
とをテレビカメラ５で撮像し、ディスプレイ装置１０１
に表示し、確認する。もし一致していなければステ−ジ
７を微動し、完全に一致するように調整する。
５３２ｎｍのレ−ザ光の光源３の出射ビ−ムを後述する
方法により分析光学系２等を通して試料上にスポット照
射する位置と、この位置を中心にやはり分析光学系２を
通して試料面を広い範囲で照明する照明光により試料を
照明し、分析対象とスポット光の位置が一致しているこ
とをテレビカメラ５で撮像し、ディスプレイ装置１０１
に表示し、確認する。もし一致していなければステ−ジ
７を微動し、完全に一致するように調整する。
【００２８】上述の実施例ではアライメント検出光学系
を介して位置出しを行っているが、直接光学系２が充分
広い視野を有し、かつステ−ジ７への搬送が高い精度で
実現できるならば、このようなアライメント検出光学系
を用いずに直接光学系２を用いて光学系２の視野中心に
分析対象を位置付けることも可能である。
を介して位置出しを行っているが、直接光学系２が充分
広い視野を有し、かつステ−ジ７への搬送が高い精度で
実現できるならば、このようなアライメント検出光学系
を用いずに直接光学系２を用いて光学系２の視野中心に
分析対象を位置付けることも可能である。
【００２９】上記の光学系２を更に詳しく説明する。光
学系２は顕微鏡対物レンズに相当するものであるが、こ
のレンズの瞳径は通常の顕微鏡対物レンズより大きい。
またこの透過型の光学系の光軸を中心としてレンズに穴
が開いている。この穴はこの光学系の開口数ＮＡを例え
ば０．７とするとこの穴径はＮＡ０．２程度に相当す
る。この程度の穴に対しては光軸近辺の視野での解像度
の劣化は穴のない場合に比べほとんどない。
学系２は顕微鏡対物レンズに相当するものであるが、こ
のレンズの瞳径は通常の顕微鏡対物レンズより大きい。
またこの透過型の光学系の光軸を中心としてレンズに穴
が開いている。この穴はこの光学系の開口数ＮＡを例え
ば０．７とするとこの穴径はＮＡ０．２程度に相当す
る。この程度の穴に対しては光軸近辺の視野での解像度
の劣化は穴のない場合に比べほとんどない。
【００３０】従ってレ−ザ光源３より出射したビ−ムを
ビ−ムエキスパンダ３１で拡大し、後述の光減衰器３２
０およびビ−ムスプリッタ３３を通して光学系２のレン
ズの瞳（図示せず、例えばほぼミラ−２２のあたりにあ
る）と共役な位置にある瞳共役フィルタ３４を通す。こ
の瞳共役フィルタ３４は図２に示すようにビ−ム通過部
の中心付近を遮光部３４２とし、更にほぼ瞳径に相当す
る外径の開口部３４１からなっている。ここを通過した
レ−ザビ−ムはド−ナツ状になっており、レンズ３５と
レンズ２１によりこの瞳共役フィルタ３４のド−ナツ状
のパタ−ンが光学系２の瞳上に結像している。このよう
なレ−ザビ−ム照射光は光学系２の穴の側面に当たるこ
となく試料に向けて光学系２を通過し、光学系の開口数
ＮＡで決まる回折限界に近い微小なスポットを試料表面
に形成する。
ビ−ムエキスパンダ３１で拡大し、後述の光減衰器３２
０およびビ−ムスプリッタ３３を通して光学系２のレン
ズの瞳（図示せず、例えばほぼミラ−２２のあたりにあ
る）と共役な位置にある瞳共役フィルタ３４を通す。こ
の瞳共役フィルタ３４は図２に示すようにビ−ム通過部
の中心付近を遮光部３４２とし、更にほぼ瞳径に相当す
る外径の開口部３４１からなっている。ここを通過した
レ−ザビ−ムはド−ナツ状になっており、レンズ３５と
レンズ２１によりこの瞳共役フィルタ３４のド−ナツ状
のパタ−ンが光学系２の瞳上に結像している。このよう
なレ−ザビ−ム照射光は光学系２の穴の側面に当たるこ
となく試料に向けて光学系２を通過し、光学系の開口数
ＮＡで決まる回折限界に近い微小なスポットを試料表面
に形成する。
【００３１】試料表面を照明したスポット光は光減衰器
３２０にある例えばＮＤフィルタにより数％以下に強度
が減衰されており、試料表面を気化することはない。試
料表面を照射した微小スポット光は試料面で反射あるい
は散乱して再び光学系２を通過し、レンズ２１、ウィン
ドウ２４を通過し、ビ−ムスプリッタ３６で反射し、テ
レビカメラ５の撮像面上に試料表面の像を作るので、こ
れをディスプレイ装置１０１に表示できる。
３２０にある例えばＮＤフィルタにより数％以下に強度
が減衰されており、試料表面を気化することはない。試
料表面を照射した微小スポット光は試料面で反射あるい
は散乱して再び光学系２を通過し、レンズ２１、ウィン
ドウ２４を通過し、ビ−ムスプリッタ３６で反射し、テ
レビカメラ５の撮像面上に試料表面の像を作るので、こ
れをディスプレイ装置１０１に表示できる。
【００３２】このスポットは非常に小さいためこの像だ
けを見ていたのでは試料のどこをスポット照射している
か分からない。そこでハロゲンランプ等の白色光源に近
い照明光源４、ファイバ４１、ファイバ出射端４２、フ
ィルタ４３、レンズ４４、４６及び視野絞り４５からな
る試料照明手段を用いて、上記のスポット照射光の回り
を広い範囲で照明し、スポット照射光の試料表面上の位
置が明確に分かるようにする。
けを見ていたのでは試料のどこをスポット照射している
か分からない。そこでハロゲンランプ等の白色光源に近
い照明光源４、ファイバ４１、ファイバ出射端４２、フ
ィルタ４３、レンズ４４、４６及び視野絞り４５からな
る試料照明手段を用いて、上記のスポット照射光の回り
を広い範囲で照明し、スポット照射光の試料表面上の位
置が明確に分かるようにする。
【００３３】即ち、ファイバ出射端から出射した白色光
はフィルタ４３により光学系２の色収差補正範囲の広い
波長バンド幅に照明光の分光成分を限定する。このフィ
ルタを通過した光はレンズ４４により視野絞り４５に集
光される。この視野絞りは試料表面と共役な位置関係に
あるため、試料上の所望の照明領域即ち観察領域に相当
する開口を持っている。ここを通った光はレンズ４６、
ビ−ムスプリッタ３３を通過し、前述の瞳共役フィルタ
３４を通過することにより、前述のレ−ザビ−ム同様光
学系２の穴の側面に照明光が当たることなく、試料を照
明する。またファイバ出射端４２の端面と瞳共役フィル
タ３４と光学系２の瞳は共役であるため、試料を均一に
照明する。
はフィルタ４３により光学系２の色収差補正範囲の広い
波長バンド幅に照明光の分光成分を限定する。このフィ
ルタを通過した光はレンズ４４により視野絞り４５に集
光される。この視野絞りは試料表面と共役な位置関係に
あるため、試料上の所望の照明領域即ち観察領域に相当
する開口を持っている。ここを通った光はレンズ４６、
ビ−ムスプリッタ３３を通過し、前述の瞳共役フィルタ
３４を通過することにより、前述のレ−ザビ−ム同様光
学系２の穴の側面に照明光が当たることなく、試料を照
明する。またファイバ出射端４２の端面と瞳共役フィル
タ３４と光学系２の瞳は共役であるため、試料を均一に
照明する。
【００３４】この広い波長バンド幅で照明された試料か
ら反射する光はレ−ザスポットと同様にして、テレビカ
メラ５で撮像され、ディスプレ装置１０１に表示され
る。このようにしてスポット照射するレ−ザ光の照射位
置とこの位置の回りの広い範囲を白色照明し、テレビカ
メラに表示することが可能となるため、試料上の正しい
位置を気化できる。
ら反射する光はレ−ザスポットと同様にして、テレビカ
メラ５で撮像され、ディスプレ装置１０１に表示され
る。このようにしてスポット照射するレ−ザ光の照射位
置とこの位置の回りの広い範囲を白色照明し、テレビカ
メラに表示することが可能となるため、試料上の正しい
位置を気化できる。
【００３５】レ−ザ光源３からのスポット照射による試
料表面の気化だけでは充分にイオン化ができない場合に
はレ−ザ光源３よりも波長の短い光を光源とし、光軸に
垂直な断面の強度分布が輪帯状（ド−ナツ状）の照明光
６３を発生するイオン化照明光源６によりイオン化照明
光を発生させる。イオン化照明光はミラ−６１、２２を
通り、光学系２の鏡筒の外部から放物面鏡６４にはぼ平
行光束で入射し、放物面鏡６４で反射した光は試料表面
の極僅か上の空間に集光する。後に詳細に説明する方法
により、気化直後の非イオン化分子あるいは原子をイオ
ン化させる。このイオン化で用いる光源としては例えば
水銀ランプのｉ線（３６５ｎｍ）、ＹＡＧレ−ザの第４
高調波（２６６ｎｍ）、エキシマレ−ザ、あるいはブロ
−ドバンドの紫外光等が用いられる。
料表面の気化だけでは充分にイオン化ができない場合に
はレ−ザ光源３よりも波長の短い光を光源とし、光軸に
垂直な断面の強度分布が輪帯状（ド−ナツ状）の照明光
６３を発生するイオン化照明光源６によりイオン化照明
光を発生させる。イオン化照明光はミラ−６１、２２を
通り、光学系２の鏡筒の外部から放物面鏡６４にはぼ平
行光束で入射し、放物面鏡６４で反射した光は試料表面
の極僅か上の空間に集光する。後に詳細に説明する方法
により、気化直後の非イオン化分子あるいは原子をイオ
ン化させる。このイオン化で用いる光源としては例えば
水銀ランプのｉ線（３６５ｎｍ）、ＹＡＧレ−ザの第４
高調波（２６６ｎｍ）、エキシマレ−ザ、あるいはブロ
−ドバンドの紫外光等が用いられる。
【００３６】気化しイオン化した物体は後に詳述する方
法により電気的に光学系２に開いた穴に導かれ、穴を通
過し、分析系８に導かれ、成分分析される。図１に示し
た分析系は飛行時間型質量分析計であり、光学系２の穴
に実装された引出電極でレンズの穴を通過したイオンを
分析する。この分析計は反射電極８１、ポスト加速電極
８２、イオン検出器８３、パルス増幅器８４の構成から
成る分析計で構成される。穴を通過したイオンは反射電
極８１によって跳ね返され、ポスト加速電極８２により
加速されイオン検出器８３によって検出される。そし
て、イオン検出器８３の検出信号がパルス増幅器８４に
より増幅される。得られた増幅信号は処理回路１００に
送られ、必要に応じてディスプレ装置１０１に表示され
る。表示される質量スペクトルのデ−タから異物の組
成、成分が分析され、多元素同時分析が可能となる。
法により電気的に光学系２に開いた穴に導かれ、穴を通
過し、分析系８に導かれ、成分分析される。図１に示し
た分析系は飛行時間型質量分析計であり、光学系２の穴
に実装された引出電極でレンズの穴を通過したイオンを
分析する。この分析計は反射電極８１、ポスト加速電極
８２、イオン検出器８３、パルス増幅器８４の構成から
成る分析計で構成される。穴を通過したイオンは反射電
極８１によって跳ね返され、ポスト加速電極８２により
加速されイオン検出器８３によって検出される。そし
て、イオン検出器８３の検出信号がパルス増幅器８４に
より増幅される。得られた増幅信号は処理回路１００に
送られ、必要に応じてディスプレ装置１０１に表示され
る。表示される質量スペクトルのデ−タから異物の組
成、成分が分析され、多元素同時分析が可能となる。
【００３７】図３は図１の光学系２の実施例である。図
１と同一番号は同一物を表す。また図４は光学系の試料
に面したレンズ要素２０１の下の部分を拡大した図であ
る。図３で光学系２の下、試料１の上にカバ−ガラス２
５が配置されている。このカバ−ガラスには気化したイ
オンが通過する穴が開いており、この穴の径は光学系２
の穴径に相当する前述のＮＡとほぼ同じＮＡの穴径にな
っている。光学系２は５から１０枚程度のレンズ要素２
０１、２０２、２０３、……２０ｎから構成されてお
り、各レンズ要素には穴２３１、２３２、２３３、……
２３ｎが開いている。
１と同一番号は同一物を表す。また図４は光学系の試料
に面したレンズ要素２０１の下の部分を拡大した図であ
る。図３で光学系２の下、試料１の上にカバ−ガラス２
５が配置されている。このカバ−ガラスには気化したイ
オンが通過する穴が開いており、この穴の径は光学系２
の穴径に相当する前述のＮＡとほぼ同じＮＡの穴径にな
っている。光学系２は５から１０枚程度のレンズ要素２
０１、２０２、２０３、……２０ｎから構成されてお
り、各レンズ要素には穴２３１、２３２、２３３、……
２３ｎが開いている。
【００３８】カバ−ガラス２５の穴には８０１が、また
レンズ要素２０１の穴には円筒形の筒８００に断面が円
形の電極８０２、８０３、８０４が取り付けられ、各電
極は図示されていない微細な銅線により、電源に繋がっ
ている。これら電極の回転対称軸と光学系２の光軸２０
はほぼ１０μｍのオ−ダの精度で一致している。
レンズ要素２０１の穴には円筒形の筒８００に断面が円
形の電極８０２、８０３、８０４が取り付けられ、各電
極は図示されていない微細な銅線により、電源に繋がっ
ている。これら電極の回転対称軸と光学系２の光軸２０
はほぼ１０μｍのオ−ダの精度で一致している。
【００３９】カバ−ガラス２５は気化した物体が光学系
２の先端の面に付着するのを防ぎ、穴を通過し前記の分
析計に導かれるもの以外をこのカバ−ガラスに付着させ
る。この結果、多くの分析を実施するうちにこのカバ−
ガラスは曇って来る。そこで、このカバ−ガラスは着脱
容易な保持機構（図示せず）に保持され、必要に応じて
交換、あるいは洗浄等により曇りをとってから再度付け
られる。
２の先端の面に付着するのを防ぎ、穴を通過し前記の分
析計に導かれるもの以外をこのカバ−ガラスに付着させ
る。この結果、多くの分析を実施するうちにこのカバ−
ガラスは曇って来る。そこで、このカバ−ガラスは着脱
容易な保持機構（図示せず）に保持され、必要に応じて
交換、あるいは洗浄等により曇りをとってから再度付け
られる。
【００４０】電極８０１、８０２、８０３、８０４は気
化しイオン化した気体を電気的に引っ張り、かつ光学系
の穴の壁にぶつかることなく、分析計８に導かれるよう
に、静電レンズの設計に基づいて配置、大きさ、印加電
圧が決定される。従ってこの静電レンズ系を通ってきた
イオンは前述の飛行時間型質量分析計８に導かれ、気化
イオンの質量／イオン価に相当する分析スペクトルとし
て、分析結果を得ることが可能になる。
化しイオン化した気体を電気的に引っ張り、かつ光学系
の穴の壁にぶつかることなく、分析計８に導かれるよう
に、静電レンズの設計に基づいて配置、大きさ、印加電
圧が決定される。従ってこの静電レンズ系を通ってきた
イオンは前述の飛行時間型質量分析計８に導かれ、気化
イオンの質量／イオン価に相当する分析スペクトルとし
て、分析結果を得ることが可能になる。
【００４１】次に一実施例として本発明の試料分析装置
を用いてウエハ上の異物の分析を行う方法について図５
のフロ−チャ−トに基づき説明する。
を用いてウエハ上の異物の分析を行う方法について図５
のフロ−チャ−トに基づき説明する。
【００４２】ウエハ上に異物が付着したり、欠陥パタ−
ンが発生すると完成段階で製作した回路素子を駆動して
も正常に動作しない。そこで光の散乱或いは回折現象等
を用い光学手段によりこれら異物やパタ−ン欠陥を検出
し、そのウエハ上の位置座標を記憶する異物検査装置或
いはパタ−ン欠陥検出装置が用いられる。これら装置に
よる検査は回路パタ−ンを製作する各工程で必要に応じ
て行われ、特に回路素子の開発段階、或いは量産時の工
程管理のための抜取り検査段階で行われる。
ンが発生すると完成段階で製作した回路素子を駆動して
も正常に動作しない。そこで光の散乱或いは回折現象等
を用い光学手段によりこれら異物やパタ−ン欠陥を検出
し、そのウエハ上の位置座標を記憶する異物検査装置或
いはパタ−ン欠陥検出装置が用いられる。これら装置に
よる検査は回路パタ−ンを製作する各工程で必要に応じ
て行われ、特に回路素子の開発段階、或いは量産時の工
程管理のための抜取り検査段階で行われる。
【００４３】これら検査では回路素子の動作や寿命等の
性能に影響を及ぼすであろう異物や欠陥の寸法等の基準
値を基に、問題異物或いは問題欠陥として検出され、そ
の位置座標が記憶される。これら問題の異物や欠陥の座
標はフロッピディスク等のメモリ媒体を介して、或いは
通信或いは信号の回線を介して図１の制御回路１００の
メモリにあらかじめ書き込まれている（図５の）。即
ち制御回路１００には例えばウエハの種類や通し番号等
の分類や同定に必要な情報、そのウエハ上の異物或いは
欠陥の座標、更に場合によっては上記の検査装置や欠陥
分類装置等を用いて分かったその異物或いは欠陥の分類
等の情報が書き込まれる。
性能に影響を及ぼすであろう異物や欠陥の寸法等の基準
値を基に、問題異物或いは問題欠陥として検出され、そ
の位置座標が記憶される。これら問題の異物や欠陥の座
標はフロッピディスク等のメモリ媒体を介して、或いは
通信或いは信号の回線を介して図１の制御回路１００の
メモリにあらかじめ書き込まれている（図５の）。即
ち制御回路１００には例えばウエハの種類や通し番号等
の分類や同定に必要な情報、そのウエハ上の異物或いは
欠陥の座標、更に場合によっては上記の検査装置や欠陥
分類装置等を用いて分かったその異物或いは欠陥の分類
等の情報が書き込まれる。
【００４４】試料分析装置の予備真空室１１に搬入され
たウエハはそのウエハ上に記入された上記の分類や同定
に必要な情報が図持しない手段により、或いは作業者に
よりまず読み取られている。これによりこれから分析し
ようとするウエハの分類や番号が分かり、このウエハの
異物や欠陥の位置や種類に関する情報が既に記憶されて
いる制御回路１００のメモリから読みだされる。
たウエハはそのウエハ上に記入された上記の分類や同定
に必要な情報が図持しない手段により、或いは作業者に
よりまず読み取られている。これによりこれから分析し
ようとするウエハの分類や番号が分かり、このウエハの
異物や欠陥の位置や種類に関する情報が既に記憶されて
いる制御回路１００のメモリから読みだされる。
【００４５】ウエハは予備真空室１１内でその外形を基
準としたおおよその位置だしが行われているので、ゲ−
トバルブ１２を開き、比較的精度の高い搬送ア−ムを用
いて予備室からチャンバ１０内のステ−ジ７上に比較的
正確な位置精度でこのウエハが搭載される。ステ−ジ７
には図示していないがステ−ジの位置を計測する手段が
具備されており、目標とする位置に正確に設定すること
が可能になっている。
準としたおおよその位置だしが行われているので、ゲ−
トバルブ１２を開き、比較的精度の高い搬送ア−ムを用
いて予備室からチャンバ１０内のステ−ジ７上に比較的
正確な位置精度でこのウエハが搭載される。ステ−ジ７
には図示していないがステ−ジの位置を計測する手段が
具備されており、目標とする位置に正確に設定すること
が可能になっている。
【００４６】このように比較的精度高くステ−ジ７上に
ウエハが搭載されているため、前述のこのウエハに関す
る情報を記憶しているメモリに前記の情報の他にこのウ
エハの位置出しを行うためのアライメントマ−ク（図示
せず）の位置情報が予め記憶されているので、この情報
に基づきアライメント検出系９の光軸上にこのアライメ
ントマ−クを位置付けることができる。即ちアライメン
ト検出系の視野のほぼ中心にアライメントマ−クをもっ
てくることが可能となる。
ウエハが搭載されているため、前述のこのウエハに関す
る情報を記憶しているメモリに前記の情報の他にこのウ
エハの位置出しを行うためのアライメントマ−ク（図示
せず）の位置情報が予め記憶されているので、この情報
に基づきアライメント検出系９の光軸上にこのアライメ
ントマ−クを位置付けることができる。即ちアライメン
ト検出系の視野のほぼ中心にアライメントマ−クをもっ
てくることが可能となる。
【００４７】この状態になれば上記のメモリから読みだ
された測定個所の座標デ−タに基づいてアライメント検
出系の視野中心に分析すべき測定個所をほぼ１０μｍ程
度以下の精度で位置付けすることができるようになる。
このアライメントマ−クと分析すべき個所の位置は記憶
されているデ−タから分かり、またアライメント検出系
９０と光学系２の光軸の相対的な位置関係は予め分かっ
ているため、ウエハステ−ジ７に付いている前記の測長
機を用いて、光学系２の視野中心に分析すべき個所を持
って来ることが可能になる。
された測定個所の座標デ−タに基づいてアライメント検
出系の視野中心に分析すべき測定個所をほぼ１０μｍ程
度以下の精度で位置付けすることができるようになる。
このアライメントマ−クと分析すべき個所の位置は記憶
されているデ−タから分かり、またアライメント検出系
９０と光学系２の光軸の相対的な位置関係は予め分かっ
ているため、ウエハステ−ジ７に付いている前記の測長
機を用いて、光学系２の視野中心に分析すべき個所を持
って来ることが可能になる。
【００４８】なお分析対象を光学系２の光軸に持って来
る方法として第２のステ−ジ（図示せず）を用意し、こ
のステ−ジ上に上述のアライメント検出光学系を設け、
上述のアライメントを行い、その後ステ−ジ７に高精度
で搭載しても良い、この場合アライメント検出光学系と
第２のステ−ジを予備真空系に設けても良い。
る方法として第２のステ−ジ（図示せず）を用意し、こ
のステ−ジ上に上述のアライメント検出光学系を設け、
上述のアライメントを行い、その後ステ−ジ７に高精度
で搭載しても良い、この場合アライメント検出光学系と
第２のステ−ジを予備真空系に設けても良い。
【００４９】上記の方法で光学系２の光軸上、即ち視野
中心に分析対象が来るので、予めレ−ザ光の強度が弱い
状態になるように減衰機３２０をｏｎの状態で、ウエハ
を照射し、このスポット位置と分析個所を一致させる。
ここまでくれば分析個所の気化を行う準備が終了したこ
とになるので、光減衰器３２０をｏｆｆにし、分析個所
を気化する。気化とほぼ同時に飛行時間型質量分析計８
による計測が行われ分析結果が記憶される。分析すべき
個所が複数ある場合には、次の分析個所の座標デ−タに
基づいてステ−ジが移動し、次の分析個所が光学系２の
光軸上に来るようにし、この分析対象を前述の方法で分
析する。
中心に分析対象が来るので、予めレ−ザ光の強度が弱い
状態になるように減衰機３２０をｏｎの状態で、ウエハ
を照射し、このスポット位置と分析個所を一致させる。
ここまでくれば分析個所の気化を行う準備が終了したこ
とになるので、光減衰器３２０をｏｆｆにし、分析個所
を気化する。気化とほぼ同時に飛行時間型質量分析計８
による計測が行われ分析結果が記憶される。分析すべき
個所が複数ある場合には、次の分析個所の座標デ−タに
基づいてステ−ジが移動し、次の分析個所が光学系２の
光軸上に来るようにし、この分析対象を前述の方法で分
析する。
【００５０】図６は本発明の試料分析方法の実施例図で
ある。本実施例は５３２ｎｍのＹＡＧの第２高調波のパ
ルスレ−ザによる気化だけでは充分なイオン化ができな
い場合に採用する方法である。即ち上記レ−ザの照射に
よる気化直後、遅延時間Δｔ後にイオン化のための紫外
線光を照射する。この照射は光学系２の周辺から暗視野
照明的にウエハ表面の僅か上方に紫外光が照射するよう
に行われる。このようにすることによって可視光ではイ
オン化しなかった気化物体もイオン化する。
ある。本実施例は５３２ｎｍのＹＡＧの第２高調波のパ
ルスレ−ザによる気化だけでは充分なイオン化ができな
い場合に採用する方法である。即ち上記レ−ザの照射に
よる気化直後、遅延時間Δｔ後にイオン化のための紫外
線光を照射する。この照射は光学系２の周辺から暗視野
照明的にウエハ表面の僅か上方に紫外光が照射するよう
に行われる。このようにすることによって可視光ではイ
オン化しなかった気化物体もイオン化する。
【００５１】この紫外光の波長は対象の物体によって適
切なものが選択される。例えば水銀ランプのｉ線（波長
３６５ｎｍ）、Ｈｅ−Ｃｄレ−ザ（波長４４０ｎｍ）、
ＫｒＦエキシマレ−ザ（波長２４８ｎｍ）等、可視光の
紫外線に近い波長から紫外線、あるいは遠紫外線の光が
用いられる。このイオン化の手段はこのような紫外線光
に限定されるものではなく、電子やイオンを用いてイオ
ン化しても良いし、軟Ｘ線のような電磁場を用いても良
い。
切なものが選択される。例えば水銀ランプのｉ線（波長
３６５ｎｍ）、Ｈｅ−Ｃｄレ−ザ（波長４４０ｎｍ）、
ＫｒＦエキシマレ−ザ（波長２４８ｎｍ）等、可視光の
紫外線に近い波長から紫外線、あるいは遠紫外線の光が
用いられる。このイオン化の手段はこのような紫外線光
に限定されるものではなく、電子やイオンを用いてイオ
ン化しても良いし、軟Ｘ線のような電磁場を用いても良
い。
【００５２】このようにイオン化された物質は前述の静
電レンズにより飛行時間型質量分析計８に導かれ、分析
される。分析結果を記録後、分析個所が複数の場合には
次の分析対象位置にステ−ジで移動し、上記の方法で分
析を繰り返す。得られる分析結果は総て一旦メモリに記
録される。最終分析個所の分析が終われば、得られた多
数のデ−タを統計処理し、処理した結果を出力する。
電レンズにより飛行時間型質量分析計８に導かれ、分析
される。分析結果を記録後、分析個所が複数の場合には
次の分析対象位置にステ−ジで移動し、上記の方法で分
析を繰り返す。得られる分析結果は総て一旦メモリに記
録される。最終分析個所の分析が終われば、得られた多
数のデ−タを統計処理し、処理した結果を出力する。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したごとく本発明によりウエ
ハ、液晶表示デバイスの基板、磁気記録ヘッド用基板等
微細なパタ−ンを基板上に形成する工程で発生する微小
なパタ−ン欠陥や微小な付着異物の成分を分析すること
が可能となった。この結果上記製品の製造工程のどの段
階で発生した欠陥や異物であるかの原因を究明すること
が容易になり、微細パタ−ンから成る上記製品の開発の
期間短縮、並びに量産時に発生する不良の解析が確実、
かつ短時間でできるようになり、上記製品の生産性の大
幅な向上が達成できる。
ハ、液晶表示デバイスの基板、磁気記録ヘッド用基板等
微細なパタ−ンを基板上に形成する工程で発生する微小
なパタ−ン欠陥や微小な付着異物の成分を分析すること
が可能となった。この結果上記製品の製造工程のどの段
階で発生した欠陥や異物であるかの原因を究明すること
が容易になり、微細パタ−ンから成る上記製品の開発の
期間短縮、並びに量産時に発生する不良の解析が確実、
かつ短時間でできるようになり、上記製品の生産性の大
幅な向上が達成できる。
【図１】本発明の試料分析装置の略断面図。
【図２】本発明の試料分析装置のレ−ザ照射、及び照明
系に用いられている光学系２の瞳と共役な位置にあるフ
ィルタ−の平面図。
系に用いられている光学系２の瞳と共役な位置にあるフ
ィルタ−の平面図。
【図３】本発明の試料分析装置に用いられている光学系
２の詳細を示す略断面図。
２の詳細を示す略断面図。
【図４】本発明の試料分析装置に用いられている光学系
２とイオン化物体を分析計に引き出すための静電レンズ
（電極）の詳細を示す略断面図。
２とイオン化物体を分析計に引き出すための静電レンズ
（電極）の詳細を示す略断面図。
【図５】本発明の試料分析装置を用いて分析する方法を
示すフロ−チャ−ト。
示すフロ−チャ−ト。
【図６】本発明の試料分析装置を用いて分析する方法を
示すフロ−チャ−ト。
示すフロ−チャ−ト。
１……試料 ２……光軸に穴の開いた光学系
２５……カバ−ガラス ８０１、８０２、８０３、８０４……電極 ３……
レ−ザ光源 ４……照明光源 ３４……フィル
タ ４５……視野絞り ５……撮像手段 ６……イオン化のための紫外照明光源 ７……ステ
−ジ ８……飛行時間型質量分析計 ９……ア
ライメント検出系 １０……チャンバ １１……予備真空室
２５……カバ−ガラス ８０１、８０２、８０３、８０４……電極 ３……
レ−ザ光源 ４……照明光源 ３４……フィル
タ ４５……視野絞り ５……撮像手段 ６……イオン化のための紫外照明光源 ７……ステ
−ジ ８……飛行時間型質量分析計 ９……ア
ライメント検出系 １０……チャンバ １１……予備真空室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野副 真理 東京都青梅市今井2326番地株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 杉本 有俊 東京都青梅市今井2326番地株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (56)参考文献 特開 平４−154040（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−89823（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−285649（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−73630（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−47959（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/62 - 27/70 H01J 49/00 - 49/48
Claims (21)
- 【請求項１】試料を搭載して移動可能なステ−ジ手段
と、該ステージ手段に搭載した試料の表面にレ−ザ光を
透過型レンズを介して集光して照射する光学系手段と、
該光学系手段からのレーザ光の照射により前記試料表面
から気化した原子、分子あるいはイオンを検出して分析
する分析系手段を備えた試料分析装置であって、前記光
学系手段の透過型レンズは、光軸方向に沿って穴が形成
されており、該穴の内部には、該穴の内部に静電界を形
成する静電界形成手段を備えていることを特徴とする試
料分析装置。 - 【請求項２】前記透過型レンズの穴は該レンズの瞳位置
まで開口していることを特徴とする請求項１記載の試料
分析装置。 - 【請求項３】前記透過型レンズの穴の内部には、該穴の
内壁面に沿って複数の電極が設けられており、該複数の
電極により前記穴の内部に静電界を形成することを特徴
とする請求項１記載の試料分析装置。 - 【請求項４】前記透過型レンズと前記試料との間に前記
透過型レンズの光軸を中心とする穴の開いたカバ−ガラ
スを配置したことを特徴とする請求項１記載の試料分析
装置。 - 【請求項５】前記カバ−ガラスの穴近傍に電極を配置し
たことを特徴とする請求項４記載の試料分析装置。 - 【請求項６】前記カバ−ガラスは着脱、交換可能とした
ことを特徴とする請求項４記載の試料分析装置。 - 【請求項７】前記試料の前記光学系手段でレーザ光を照
射した位置の上方近傍の空間に前記レーザとは異なる光
を集光させる集光手段をさらに備えたことを特徴とする
請求項１記載の試料分析装置。 - 【請求項８】前記試料表面の前記レーザを照射する領域
を含む領域を光学的に観察する観察光学系手段と該観察
光学系手段で観察した前記試料表面の画像を画面上に表
示する表示手段とを更に備えたことを特徴とする請求項
１記載の試料分析装置。 - 【請求項９】前記試料表面の分析個所の位置合わせする
ためのアライメント光学系手段を更に備え、該アライメ
ント光学系手段の光軸は前記光学系手段の光軸とは異に
することを特徴とする請求項１記載の試料分析装置。 - 【請求項１０】前記分析系手段は、飛行時間型質量分析
計であることを特徴とする請求項１記載の試料分析装
置。 - 【請求項１１】前記試料と前記透過型レンズとの間で前
記レーザ光の照射により前記試料表面から気化した原子
又は分子に前記レーザとは異なる波長の光を前記透過型
レンズの外側から照射して前記原子又は分子をイオン化
させるイオン化手段を更に備えたことを特徴とする請求
項１記載の試料分析装置。 - 【請求項１２】 前記試料の表面を拡大して観察する拡大
観察手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の
試料分析装置。 - 【請求項１３】 前記イオン化手段は、前記光学系手段の
レ−ザ光の波長より短い波長の光を照射することを特徴
とする請求項１１記載の試料分析装置。 - 【請求項１４】 前記イオン化手段は、紫外光を前記光学
系手段の透過型レンズの外部から照明することを特徴と
する請求項１１記載の試料分析装置。 - 【請求項１５】 光軸方向に穴を設けた透過型レンズを介
して集光したレ−ザ光を試料の表面に照射することによ
り該試料の表面の一部を気化させ、該気化させることに
より発生した気体を前記透過型レンズに設けた穴を通過
させて分析系に導き、該分析系で前記レーザの照射によ
り気化した物質を分析する試料分析方法であって、前記
透過型レンズに設けた穴の内部に静電界を形成し、該静
電界により前記レーザを照射して気化しイオン化した気
体を前記透過型レンズに設けた穴を通過させて前記分析
系に導くことを特徴とする試料分析方法。 - 【請求項１６】 前記静電界を、前記透過型レンズに設け
た穴の内部に実装した複数の電極により形成することを
特徴とする請求項１５記載の試料分析方法。 - 【請求項１７】 光軸方向に穴を設けた透過型レンズを介
して集光したレ−ザ光を試料の表面に照射することによ
り該試料の表面の一部を気化させ、該気化させて発生し
た原子あるいは分子に光を照射してイオン化させ、該イ
オン化させた気体を前記透過型レンズに設けた穴を通過
させて分析系に導き、該分析系で前記レーザの照射によ
り気化した物質を分析する試料分析方法であって、前記
透過型レンズに設けた穴の内部に静電界を発生させて、
該静電界により前記イオン化した気体を前記透過型レン
ズに設けた穴の内部を通過させることを特徴とする試料
分析方法。 - 【請求項１８】 前記気化させて発生した原子あるいは分
子に照射する光の波長は、前記試料の表面に集光して照
射するレ−ザ光の波長より短いことを特徴とする請求項
１７記載の試料分析方法。 - 【請求項１９】 前記透過型レンズと前記試料との間に光
軸を中心とする穴の開いた平行平坦なカバ−ガラスを配
置し、前記レーザの照射により気化した物質が前記透過
型レンズに付着汚染することを防止したことを特徴とす
る請求項１５乃至１８の何れかに記載の試料分析方法。 - 【請求項２０】 前記分析系は飛行時間型質量分析計であ
ることを特徴とする請求項１５乃至１８の何れかに記載
の試料分析方法。 - 【請求項２１】 前記試料表面のレーザを照射する位置を
含む領域の拡大画像を画面上に表示することを特徴とす
る請求項１５乃至１８の何れかに記載の試料分析方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP691595A JP3327023B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 試料分析装置および方法 |
| PCT/JP1996/000093 WO1996022525A1 (fr) | 1995-01-20 | 1996-01-22 | Instrument et procede d'analyse d'echantillons |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP691595A JP3327023B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 試料分析装置および方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08193979A JPH08193979A (ja) | 1996-07-30 |
| JP3327023B2 true JP3327023B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=11651537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP691595A Expired - Lifetime JP3327023B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 試料分析装置および方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3327023B2 (ja) |
| WO (1) | WO1996022525A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220310376A1 (en) * | 2019-07-01 | 2022-09-29 | Shimadzu Corporation | Ionizer |
| CN114061491A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-02-18 | 北京理工大学珠海学院 | 一种用激光观测微孔缺陷的方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02105406A (ja) * | 1988-10-14 | 1990-04-18 | Hitachi Ltd | エキシマレーザ光縮小投影方式のアライメント方法およびその装置 |
| JPH02115761A (ja) * | 1988-10-26 | 1990-04-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 有機化合物の質量分析法およびその装置 |
| JPH04154040A (ja) * | 1990-10-17 | 1992-05-27 | Hitachi Ltd | 顕微レーザ励起質量分析計 |
| JPH04154039A (ja) * | 1990-10-17 | 1992-05-27 | Hitachi Ltd | 顕微レーザ質量分析計 |
| US5461235A (en) * | 1991-06-21 | 1995-10-24 | Cottrell; John S. | Mass spectrometry apparatus and method relating thereto |
| JPH0589823A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-09 | Hitachi Ltd | 質量分析計 |
-
1995
- 1995-01-20 JP JP691595A patent/JP3327023B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-01-22 WO PCT/JP1996/000093 patent/WO1996022525A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08193979A (ja) | 1996-07-30 |
| WO1996022525A1 (fr) | 1996-07-25 |
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